JP2003158823A

JP2003158823A - 負荷機器監視システム

Info

Publication number: JP2003158823A
Application number: JP2001354324A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kondo; 真一近藤; Yasunori Ono; 康則大野; Tomoyuki Uchiyama; 倫行内山; Minoru Kanai; 実叶井; Naoteru Kawamura; 直輝川村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2003-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】需要家に省エネルギー対策を提案し需要家の
負担を軽減すること。【解決手段】需要家２の負荷機器２１の消費電力を収
集し、収集した消費電力を基に負荷機器２１の消費電力
が最小となる制御法を求めるとともに、この制御法によ
って負荷機器２１を制御した場合の省エネルギー効果を
予測し、この予測結果を省エネルギー対策案としてネッ
トワーク４を介して需要家２に送信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負荷機器監視シス
テムに係り、特に、電力を利用する負荷機器の状態を監
視し、需要家に対して省エネルギー対策を施すに好適な
負荷機器監視システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】電力を消費する負荷機器を利用する需要
家においては、消費電力を低減し、省エネルギーを実現
するための手法として、負荷機器を電力効率の高い負荷
機器に更新したり、あるいは、電圧・力率を調整したり
する方法が一般に採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】需要家が自前で省エネ
ルギーを実現するためには、負荷機器の消費電力を把握
したり、負荷機器を高効率機器に更新したりすることが
余儀なくされ、しかも、その選定、更新に係る費用など
が必要であり、負担が大きい。

【０００４】また、近年、改正省エネルギー法の施行に
より、エネルギー指定管理工場では、省エネルギー計画
の策定などが義務付けられており、需要家の負担が大き
くなっている。

【０００５】本発明の課題は、需要家に省エネルギー対
策を提案し需要家の負担を軽減することができる負荷機
器監視システムを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、需要家の負荷機器の状態を監視し、この
監視結果を基に前記負荷機器の消費電力が最小となる制
御法を時間に関連づけて求めるとともに、前記制御法に
よって前記負荷機器を制御した場合の省エネルギー効果
を予測し、この予測結果をネットワークを介して前記需
要家に送信してなる負荷機器監視システムを構成したも
のである。

【０００７】前記負荷機器監視システムを構成するに際
しては、以下の要素を付加することができる。

【０００８】（１）前記制御法によって前記負荷機器を
制御するとともに、前記負荷機器の状態に応じて前記制
御法を補正し、この制御結果をネットワークを介して前
記需要家に送信してなる。

【０００９】（２）前記需要家の負荷機器を制御するに
際して、前記需要家の負荷機器の電圧と力率を制御して
なる。

【００１０】（３）前記需要家の負荷機器の状態を監視
するに際して、前記需要家の負荷機器の消費電力に関連
する稼働データを収集及び分析してなる。

【００１１】前記した手段によれば、需要家の負荷機器
の状態を監視し、この監視結果を基に負荷機器の消費電
力が最小となる制御法を求めるとともに省エネルギー効
果を予測し、この予測結果を需要家に送信するようにし
ているため、需要家に対して省エネルギー対策を提案す
ることができる。さらに制御法によって負荷機器を制御
するとともに負荷機器の状態に応じて制御法を補正し、
この制御結果を需要家に送信することで、省エネルギー
対策に沿った制御を行うことができるとともに、省エネ
ルギー効果を得ることが可能になるとともに、需要家の
負担を軽減することが可能になる。

【００１２】また、負荷機器監視システムを有する会社
を設立し、この会社と複数の需要家との間で契約を結
び、この契約にしたがって各需要家の負荷機器を監視す
ることができる。この会社としては、例えば、需要家に
おける負荷機器の調査や、消費電力のモニタリング、省
エネルギー対策の提案、負荷機器を制御することにより
省エネルギーを実現するという役割を担うモニタリング
サービス会社が考えられる。

【００１３】このモニタリングサービス会社と複数の需
要家との間で契約を結ぶに際しては、以下のいずれかの
契約を結ぶことが考えられる。

【００１４】（１）負荷モニタリング契約負荷モニタリング契約では、契約者Ａ（モニタリングサ
ービス会社）は契約者Ｂ（需要家）の負荷機器を調査
し、消費電力を監視するためのモニタリング装置などを
負荷機器に設置し、モニタリング装置を用いて負荷機器
の稼動データを収集するとともに、収集したデータを分
析することによって、契約者Ｂにとって必要な省エネル
ギー計画を作成し、契約者Ｂに提供する。

【００１５】（２）負荷モニタリング＋制御契約負荷モニタリング＋制御契約では、前述の負荷モニタリ
ング契約に加え、負荷機器の制御、あるは電圧・力率を
制御して省エネルギーを実現する。契約者Ａは契約者Ｂ
の負荷機器に、消費電力のモニタリング装置を加え、負
荷および電圧・力率を遠隔制御するためのコントローラ
を設置する。このコントローラは電力線搬送などの通信
手段で契約者Ａと接続されており、契約者Ａは瞬時瞬時
の消費電力の状況を基に、契約者Ｂで消費される電力が
最小となるように、負荷の制御を動的に行う。

【００１６】需要家がモニタリングサービス会社と契約
することによるメリットとしては、省エネルギー対策に
係る以下のコストを削減できる。

【００１７】（１）負荷機器の調査費用（２）消費電力モニタリング装置の購入・設置費用（３）消費電力データの分析費用（４）省エネルギー計画策定費用一方、モニタリングサービス会社側のメリットとして
は、以下の点が挙げられる。

【００１８】（１）モニタリングサービスという新たな
マーケットを創造できる。

【００１９】（２）省エネルギーに対する需要が今後更
に高まることにより、市場規模が大きくなることが予想
される。

【００２０】（３）複数の需要家と契約することで、初
期投資の回収ができ、ノウハウの蓄積ができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す
負荷機器監視システムのブロック構成図である。図１に
おいて、電力会社１の電源１１は電力系統を介して複数
の需要家２に接続されており、各需要家２に設置された
負荷機器２１には電源１１からの電力が電力系統を介し
て供給されるようになっている。各需要家２には、負荷
機器２１の状態を監視するとともに負荷機器２１を制御
するためのモニタリング端末２２と、負荷機器２１に供
給される系統の電圧や力率を制御するための電圧・力率
制御装置２３が設置されている。各需要家２のモニタリ
ング端末２２、電圧・力率制御装置２３はネットワーク
４を介してモニタリングサービス会社３に接続されてい
る。このネットワーク４としては、インターネット、無
線、あるいは電力線搬送を用いることができる。モニタ
リングサービス会社３には、各需要家２の負荷機器２１
の状態を監視するとともに、負荷機器２１の消費電力に
関連する稼動データを収集および分析するために、モニ
タリングサーバ３１、表示装置３２が設置されている。

【００２２】モニタリングサービス会社３において、各
需要家２の負荷機器２１の状態を監視するに際して、各
需要家２の負荷機器２１の状態、例えば、負荷機器２１
の電圧、電流はモニタリング端末２２によって常時収集
され、収集された情報は消費電力情報としてネットワー
ク４を介してモニタリングサーバ３１に送信される。モ
ニタリングサーバ３１は、各需要家２のモニタリング端
末２２から送信された消費電力情報を基に、各負荷機器
２１の消費電力が最小となる負荷機器制御法を時間（時
刻）に関連づけて演算し、この演算結果を表示装置３１
に表示する。

【００２３】ここで、モニタリングサービス会社３と需
要家２との契約の形態がモニタリングのみの場合、モニ
タリングサービス会社３は、モニタリング端末２２から
受信した消費電力情報を基に、需要家２で消費電力が最
小となる負荷機器制御法を演算によって求め、この制御
法を各負荷機器２１に適応した場合の省エネルギー効果
を予測し、この予測結果をネットワーク４を介して需要
家２に送信する。この際、モニタリングサービス会社３
は、省エネルギー計画の策定も代行することができる。

【００２４】一方、モニタリングサービス会社３と需要
家２との契約の形態がモニタリング＋制御の場合には、
前述した省エネルギー効果の予測結果を需要家２へ送信
したあと、前記演算によって求めた制御法を基に負荷機
器制御信号と電圧・力率制御信号を生成し、各制御信号
をモニタリング端末２２および電圧・力率制御装置２３
にネットワーク４を介して送信する。これにより、需要
家２の負荷機器２１は負荷機器制御信号に従って制御さ
れるとともに、電圧・力率制御装置２３は受信した制御
信号に従って電圧・力率が制御される。このような制御
を負荷機器２１の状態に合わせて補正しながら実行する
ことで、需要家２は省エネルギー効果を達成することが
できる。このあと制御結果がモニタリングサービス会社
３から各需要家２へ送信され、各需要家２からモニタリ
ングサービス会社３に代金が支払われる。

【００２５】次に、モニタリングサービス会社３の処理
内容を図２の業務フローにしたがって説明する。まず、
マーケティングにより需要家２に関する事前調査を行い
（ステップＳ１）、需要家２の負荷機器に関するデー
タ、例えば、機器の種類や大きさ、台数などのデータを
入手すると同時に、需要家２が求めている省エネルギー
目標などを把握し、モニタリングサービスの提案を行う
（ステップＳ２）。このあと需要家２の負荷機器２１に
関する現地調査を行い（ステップＳ３）、必要に応じ
て、現状の稼動状況などのデータを収集する（ステップ
Ｓ４）。このあと収集したデータを分析し、また過去の
類例などを比較した上で、モニタリング端末２２などと
して用いる使用機器の選定、費用の算定、省エネルギー
効果の予測を立てる（ステップＳ５）。この場合の省エ
ネルギー効果の予測は概略の省エネルギー効果であり、
契約に先立って、概略の省エネルギー効果を予測し、こ
の予測結果を需要家２に通知する（ステップＳ６）。こ
のあとは、需要家２との契約の形態によって２通りの処
理が行われる。

【００２６】まず、需要家２とモニタリングのみの契約
であるときには、契約したあと（ステップＳ７）、主
に、消費電力モニタ用のハードウエアとして、需要家２
にモニタリング端末２２を設置し（ステップＳ８）、モ
ニタリング端末２２により負荷機器２１の消費電力を収
集し（ステップＳ９）、そのデータを分析する。この場
合、負荷機器２１の消費電力に関連する稼動データと消
費電力を基に、負荷機器２１の消費電力が最小となる制
御法を時間（時刻）に関連づけて求めるとともに、この
制御法によって負荷機器２１を制御した場合の省エネル
ギー効果を予測し、この予測結果を省エネルギー対策案
として生成し、この省エネルギー対策案をネットワーク
４を介して需要家２に送信するとともに、算出した制御
法によって負荷機器２１を実際に制御するときの制御契
約の見積も同時に送信する（ステップＳ１０）。このよ
うな処理を行うことで、需要家２に対して省エネルギー
計画策定の代行を行うことができる。なお、制御契約の
見積には、実際に制御するときに必要なハードウエア、
例えば、電圧・力率制御装置２３などの費用が含まれる
ことになる。

【００２７】省エネルギー計画を策定してこれを提出し
たあとは、需要家２の規模、負荷機器２１の台数などに
応じたモニタリングサービスの料金を算定し、この算定
による料金を需要家に請求し（ステップＳ１１）、その
後、需要家２により料金が支払われることになる（ステ
ップＳ１２）。

【００２８】一方、契約の形態として、消費電力のモニ
タリングに加えて、負荷機器２１の制御をモニタリング
サービス会社３が行い、省エネルギー対策を実行するも
のであるときには（ステップＳ１４）、モニタリング端
末２２に加えて、負荷機器２１の種類に応じて、例え
ば、電圧・力率制御装置２３を需要家２に設置する（ス
テップＳ１５）。なお、モニタリングのみの契約から、
契約内容をモニタリング＋制御に切り替える場合には
（ステップＳ１３）、ハードウエアを設置するための処
理が行われる。

【００２９】このあとモニタリング端末２２のモニタリ
ングにより負荷機器２１に関する消費電力情報が収集さ
れる。次に、収集された消費電力情報と負荷機器２１の
稼動データを基に負荷機器２１の消費電力が最小となる
制御法を時間（時刻）に関連づけて求めるとともに、算
出した制御法によって負荷機器２１を制御した場合の省
エネルギー効果を予測し、この予測結果を省エネルギー
対策案として出力する（ステップＳ１７）。

【００３０】省エネルギー効果を予測するに際しては、
図３に示すように、モニタリング端末２２により電圧・
電流を時刻に関連づけて収集し、これらのデータを消費
電力に関するモニタリング情報とし（ステップ２０
２）、収集したモニタリング情報を基に負荷機器２１の
時間ごとの出力曲線を導出し（ステップ２０３）、この
出力曲線を基に、モニタリングを実施したときの負荷機
器２１での電力消費量を算出する（ステップ２０４）。
このあと、最適制御を行って負荷機器２１を最高効率と
なる出力で２４時間連続運転した場合の電力消費量（２
０５）と比較する（ステップ２０６）。これにより、現
状に比べ、最適制御を行った場合に、どれだけの省エネ
ルギー効果が得られるかを予測することができる（ステ
ップ２０７）。

【００３１】予測結果が得られたあとは、図２に示すよ
うに、算出された制御法にしたがって負荷機器２１を制
御するための制御信号が生成され、制御信号がモニタリ
ング端末２２と電圧・力率制御装置２３に出力され、負
荷機器２１が制御されるとともに、電圧・力率制御装置
２３によって電圧・力率が制御される（ステップＳ１
８）。負荷機器２１が実際に制御されたあとの負荷機器
２１に関する消費電力が収集され、収集されたデータを
基に省エネルギー効果が分析される（ステップＳ１
９）。すなわち、省エネルギー計画にしたがって負荷機
器２１を制御したときに、省エネルギー効果が達成でき
たか否かを分析する。このあと分析結果に応じた料金を
算定し、この算定による料金を需要家２に請求する（ス
テップＳ２０）。このあと需要家２により料金の支払い
が行われる（ステップＳ２１）。

【００３２】次に、モニタリングサービス会社３に設置
されたモニタリングサーバ３１の処理を図４のフローチ
ャートにしたがって説明する。モニタリングサーバ３１
は、モニタリング端末２２から消費電力などの情報を収
集し（ステップ７０１）、収集した情報を基に演算処理
を行い（ステップ７０２）、現時点の消費電力が、予め
平常時のモニタリング記録から予測した消費電力を大き
く超えるか否かの判定を行う（ステップ７０３）。この
とき、現時点の消費電力が想定外の増加でないと判定し
たときには、予め定めてある個々の負荷機器２１の最適
運転制御を制御法にしたがって行い（ステップ７０
４）、消費電力情報をデータベースに格納する（ステッ
プ７０５）。このあと、単位時間、例えば、２４時間経
過するまでステップ７０１の処理に戻り、単位時間が経
過したあと消費電力に関する情報をレポートとして提出
する（ステップ７０７）。

【００３３】一方、現時点の消費電力が想定外の増加で
あると判定されたときには、負荷機器２１に対する動的
最適制御を開始する（ステップ７０８）。この場合、収
集された消費電力を基に、複数の負荷機器２１の消費電
力を互いに制御するための演算処理を行い（ステップ７
０９）、この演算処理にしたがった制御信号を生成し、
対応するモニタリング端末２２に動的制御を行うための
制御信号を出力する（ステップ７１０）。このあと消費
電力が予め定めた規定値よりも低下したときには、制御
後の消費電力に関する情報をレポートとして表示装置３
２に出力し、そのときの制御内容を学習し、データベー
スに格納する（ステップ７１１）。その後は、通常の監
視に戻る（ステップ７０１）。

【００３４】動的制御を行っても消費電力が規定値以下
にならない場合は、ステップ７０９の処理に戻り、収集
した消費電力情報を基に動的制御を繰り返す。すなわ
ち、負荷機器２１の消費電力が最小となる制御法によっ
て負荷機器２１を制御する過程で、負荷機器２１の消費
電力に応じて制御法を補正し、補正された制御法にした
がって負荷機器２１に対する制御を実行する。

【００３５】次に、各需要家２に設置されたモニタリン
グ端末２２の処理を図５のフローチャートにしたがって
説明する。モニタリング端末２２は負荷機器２１の消費
電力情報を収集するに際して、負荷機器２１の電圧、電
流を時刻に関連づけて収集し（ステップ８０１）、収集
したデータをネットワーク４を介してモニタリングサー
バ３１に送信する（ステップ８０２）。このあとモニタ
リングサーバ３１から制御指令（制御信号）を受信した
ときには（ステップ８０３）、受信した指令にしたがっ
て負荷機器２１に対する制御操作を実行する（ステップ
８０４）。

【００３６】次に、モニタリングサービス会社３によっ
て需要家２の負荷機器２１を制御するときの制御例を図
６にしたがって説明する。図６では、負荷機器２１とし
て、半導体製造ラインに用いられるものを負荷Ａ、事務
室空調設備に用いられるものを負荷Ｂ、場内照明に用い
られるものを負荷Ｃとし、運転の優先順位として高い方
から負荷Ａ、負荷Ｂ、負荷Ｃとしている。

【００３７】予め需要家で定めた運転優先順位の高い負
荷Ａの消費電力１０１が時刻１４時において急激に上昇
し、合計の消費電力が予め定めた規定値１０６を上回っ
た場合、モニタリングサーバ３１から、運転優先順位の
低い負荷Ｂ、負荷Ｃに対して消費電力を抑制するための
指令が出力される。負荷Ｂ、負荷Ｃのモニタリング端末
２２は、モニタリングサーバ３１からの指令を基にそれ
ぞれの負荷Ｂ、負荷Ｃの消費電力を下げるための制御を
行う。すなわち合計の消費電力が規定値１０６を下回る
まで負荷Ｂ、負荷Ｃの消費電力を低下させるための制御
を実行する。

【００３８】この結果、負荷Ｂ、負荷Ｃの消費電力１０
２、１０４は、制御しなかったときの消費電力１０３、
１０５に比べて低下し、システム全体の合計の消費電力
１０７は、負荷Ｂ、負荷Ｃに対する制御が開始されたあ
と規定値１０６以下まで低下する。この場合、制御なし
のときの合計の消費電力１０８と、制御を行ったときの
消費電力１０７との差分が省エネルギー効果となる。

【００３９】このように、３つの負荷に対する消費電力
を常時監視し、３つの負荷に対して動的最適制御を実行
することで省エネルギー効果を得ることができる。この
省エネルギー効果の１例を図７に示す。

【００４０】また、複数の負荷を制御するに際して、各
負荷の消費電力を常時モニタリングすることのメリット
としては、定期的に消費電力をモニタリングするときに
は、最適制御の制御幅にある程度のマージンを見込んで
おく必要があるのに対して、連続的に各負荷の消費電力
をモニタリングし、このモニタリング結果にしたがって
各負荷を制御する場合には、最適制御の制御幅にマージ
ンを設ける必要もなく、常に最も適切な制御を行うこと
ができる。

【００４１】次に、モニタリングサービス会社３によっ
て複数の製造ラインに対する制御の１例を図８にしたが
って説明する。図８では、需要家２の負荷機器２１とし
て製造ラインを想定し、製造ライン１を負荷Ａ、製造ラ
イン２を負荷Ｂ、製造ライン３を負荷Ｃとしている。ま
た負荷Ａ、負荷Ｂ、負荷Ｃの３つの負荷はそれぞれ同じ
作業をし、負荷Ａの効率が負荷Ｂ、負荷Ｃに比べて悪い
ことが事前調査で分かっていることとしている。

【００４２】まず、時刻１４時において、負荷Ａの仕事
量が増大し、負荷Ａの消費電力１１１が増加し、合計の
消費電力が予め定めた規定値１１７を上回った場合、モ
ニタリングサーバ３１は各負荷の消費電力を基に各負荷
の消費電力を抑制するための演算を行い、負荷Ａの仕事
を負荷Ｂおよび負荷Ｃに分配するための指令を出力す
る。この指令が各負荷のモニタリング端末２２に出力さ
れると、負荷Ａの消費電力１１１は制御なしのときの消
費電力１１２に比べ、出力の増大がない場合と同じ程度
の消費電力レベルで運転を継続することができる。

【００４３】一方、負荷Ｂと負荷Ｃの消費電力１１３、
１１５は、制御なしの場合の消費電力１１４、１１６に
比べて増加するが、負荷Ｂ、負荷Ｃは効率が負荷Ａより
も優れているため、合計の消費電力１１８は、制御なし
の場合の消費電力１１９に比べて低下し、規定値１１７
を下回る。この結果、制御なしの場合の合計消費電力１
１９と制御ありの場合の消費電力１１８との差分が省エ
ネルギーの効果となる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
需要家の負荷機器の状態を監視し、この監視結果を基に
負荷機器の消費電力が最小となる制御法を求めるととも
に省エネルギー効果を予測し、この予測結果を需要家に
送信するようにしているため、需要家に対して省エネル
ギー対策を提案することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す負荷機器監視システ
ムのブロック構成図である。

【図２】モニタリングサービス会社の業務処理を説明す
るためのフローチャートである。

【図３】省エネ効果を予測するための処理方法を説明す
るためのフローチャートである。

【図４】モニタリングサーバの動作を説明するためのフ
ローチャートである。

【図５】モニタリング端末の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図６】複数の負荷を動的最適制御するときの処理の１
例を示す図である。

【図７】省エネルギー効果の表示例を示す図である。

【図８】複数の製造ラインに対する動的最適制御を行っ
たときの例を示す図である。

【符号の説明】

１電力会社２需要家３モニタリングサービス会社４ネットワーク１１電源２１負荷機器２３モニタリング端末２３電圧・力率制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内山倫行茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者叶井実茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所電機システム事業部内 (72)発明者川村直輝茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所電機システム事業部内Ｆターム(参考） 5G064 AA07 AB03 AC01 AC09 BA02 BA07 CB03 CB08 CB12 DA05 5G066 KA01 KA02 KA12 KB01 KB07 KD04 KD06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】需要家の負荷機器の状態を監視し、この
監視結果を基に前記負荷機器の消費電力が最小となる制
御法を時間に関連づけて求めるとともに、前記制御法に
よって前記負荷機器を制御した場合の省エネルギー効果
を予測し、この予測結果をネットワークを介して前記需
要家に送信してなる負荷機器監視システム。
【請求項２】請求項１に記載の負荷機器監視システム
において、前記制御法によって前記負荷機器を制御する
とともに、前記負荷機器の状態に応じて前記制御法を補
正し、この制御結果をネットワークを介して前記需要家
に送信してなることを特徴とする負荷機器監視システ
ム。
【請求項３】請求項２に記載の負荷機器監視システム
において、前記需要家の負荷機器を制御するに際して、
前記需要家の負荷機器の電圧と力率を制御してなること
を特徴とする負荷機器監視システム。
【請求項４】請求項１、２または３のうちいずれか１
項に記載の負荷機器監視システムにおいて、前記需要家
の負荷機器の状態を監視するに際して、前記需要家の負
荷機器の消費電力に関連する稼働データを収集及び分析
してなることを特徴とする負荷機器監視システム。